The invention relates to an advanced manipulator control system based on BCI and its implementation method, which includes machine vision subsystem, brain-computer interface subsystem and manipulator subsystem; brain-computer interface subsystem and machine vision subsystem communicate with manipulator subsystem through TCP/IP; machine vision subsystem identifies and locates coordinates of target object by photography, brain-computer interface subsystem and machine vision subsystem. The computer interface subsystem collects scalp EEG signals generated by steady-state visual evoked potentials and performs real-time analysis, feature extraction, on-line decoding of human control intentions and generating computer-recognizable control commands. The machine arm subsystem operates according to control commands. The invention has reasonable design, can decode the control intent of the human on-line to generate a computer-recognizable control signal and control the manipulator to operate, realizes accurate multi-objective control function, and has the characteristics of safety, high efficiency and reliability.
【技术实现步骤摘要】
一种基于BCI的高级机械臂控制系统及其实现方法
本专利技术属于智能机器人
,尤其是一种基于BCI的高级机械臂控制系统及其实现方法。
技术介绍
有很多残疾人虽然四肢完全瘫痪,无法满足正常日常生活需求,但是,这些人群的大脑和整个神经网络依然可以正常工作。为了实现这一类人能够有正常生活的诉求,同时缓解社会的经济压力和护理工作量,融合了现代各种高新技术可极大地缓解窘迫的现状。科研人员也越来越多的将其他技术应用到脑科学研究,特别是关于脑机接口设备的研发和应用。机器人可以在一定环境下解决护理问题,同时满足患者的生活需求,并能帮助提升其信心,具有巨大的社会价值。与当前主流的通过按钮和声控或者其他控制策略来控制机器人的方式不同,基于BCI的高级机械臂控制系统是非侵入式系统,脑机接口是一种从人头皮采集脑电信号并分析,是一种更为方便、安全和有效的控制方式,再加之高性价比,越来越受到研发人员和市场的欢迎。脑科学研究有多种检测脑活动的方式,其中基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口可以很好地应用于人体,是患者能够会更加舒适、有效的体验日常生活。基于BCI(脑-机接口)的机器人控制系统已经被广泛应用于机器人、轮椅等各种现代自控领域中。通过采集脑电信号并分析,控制外部设备实现一定的目的,可以使四肢运动受损者实现正常的生活。中国专利文献“腰部可穿戴功能辅助机器臂”(专利申请号201510130861.6)提供了一种腰部可穿戴功能辅助机器臂,用来辅助帮助正常人和老年人的作业,减少劳动强度。中国专利文献“用眼动信号控制上假肢运动的控制系统和控制方法”(专利申请号201110215580.2 ...
【技术保护点】
1.一种基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:包括机器视觉子系统、脑‑机接口子系统和机械臂子系统;所述脑‑机接口子系统和机器视觉子系统通过TCP/IP与机械臂子系统进行通信,所述机器视觉子系统通过照相方式识别和定位目标物件的坐标,所述脑‑机接口子系统采集稳态视觉诱发电位产生的头皮脑电信号并对其进行实时分析、特征提取、在线解码人的控制意图并生成计算机可识别的控制命令,所述机器臂子系统根据控制命令进行操作。
【技术特征摘要】
1.一种基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:包括机器视觉子系统、脑-机接口子系统和机械臂子系统;所述脑-机接口子系统和机器视觉子系统通过TCP/IP与机械臂子系统进行通信,所述机器视觉子系统通过照相方式识别和定位目标物件的坐标,所述脑-机接口子系统采集稳态视觉诱发电位产生的头皮脑电信号并对其进行实时分析、特征提取、在线解码人的控制意图并生成计算机可识别的控制命令,所述机器臂子系统根据控制命令进行操作。2.根据权利要求1所述的基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:所述脑-机接口子系统采用高频SSVEP-BCI子系统,该子系统包括计算机主机、计算机显示器和脑电信号获取模块,该计算机主机与脑电信号获取模块、计算机显示器相连;所述计算机主机中内置有脑电信号处理模块和视觉刺激模块,视觉刺激模块产生刺激界面并通过计算机显示器呈现出来进行视觉刺激;脑电信号获取模块安装在电极帽上并通过电极与使用者大脑皮层相连用于采集脑电信号,脑电信号获取模块采集的脑电信号被送入到脑电信号处理模块进行相应的信号处理并形成控制命令。3.根据权利要求1所述的基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:所述电极为9个,其分布符合国际10-20系统,参考电极为头顶,接地电极位于FPz和Fz连线的中点,所有电极阻抗低于10kΩ。4.根据权利要求2所述的基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:所述脑电信号获取模块采用便携式脑电放大器,其数据采样率为1000Hz,并进行在线50Hz工频陷波。5.根据权利要求1所述的基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:所述机器臂子系统包括机械臂和机器人控制器,该机器人控制器与脑-机接口子系统和机器视觉子系统相连接并接收机器人控制命令,所述机器人控制器与机械臂相连接实现对机械臂的控制功能,机械臂将动作信息反馈给脑-机接口子系统,所述机械臂固定在一台安装有滚轮的光学平台上。6.根据权利要求1所述的基于BCI的高级机械臂控制系统,其特征在于:所述机器视觉子系统包括照相机和安装在计算机主机内的机器视觉图像处理模块,照相机对目标物件进行拍照并将数据传送给机器视觉图像处理模块,该视觉图像处理模块通过图像预处理、图像分割、特征提取和物体识别实现目标物件的定位功能。7.一种根据权利要求1至6任一项所述基于BCI的高级机械臂控制系统的实现方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、将机器视觉子系统、脑-机接口子系统和机械臂...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈小刚,
申请(专利权)人:中国医学科学院生物医学工程研究所,
类型:发明
国别省市:天津,12
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